WO1992014130A1 - Einrichtung in aggregaten zur messgasaufbereitung für die gasanalyse - Google Patents

Einrichtung in aggregaten zur messgasaufbereitung für die gasanalyse Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device in units for measuring gas processing for gas analysis, with a heated gas extraction, a gas cooler with condensate drainage, an aerosol filter, pumps and fine dust filters.
  • the gas mixture (sample gas) must be fed to the analyzers free of dust and condensate.
  • Filters with Teflon or ceramic inserts with a pore size of approximately 1 ⁇ m are used to separate the aerosol still present in the measuring gas after the gas cooler. If the sample gas contains a high proportion of SO, it is shown in practice that after the gas cooler and the aerosol filter, an aerosol or acid precipitate forms in the gas-carrying parts, which is removed from gas lines, gas pumps, gas flow indicators and the analysis devices at relatively short intervals must be, which creates a significant maintenance.
  • the formation of the acid precipitate in the gas lines can be explained as follows: SO ⁇ - and f- ⁇ SO ⁇ .- molecules are contained in the molecular system of a combustion exhaust gas which is approx. 200 ° C
  • the result is a disperse system in which the dispersed substance is colloidally divided oleum (concentrated sulfuric acid with sulfur trioxide dissolved in it) in the dispersing agent, the colloidal particles become larger and larger until they finally become visible deposits of oleum on the walls of the gas-carrying parts
  • oleum is extremely hygroscopic, it absorbs water vapor from the residual moisture of the gas, so that acidic liquid is formed between a few thousandths of a micron and a few microns.
  • the proportion of smallest particles apparently predominates in the combustion exhaust gases, which is why the aerosol filters used with a pore size of 1 ⁇ m are not effective.
  • the flow velocity of the gas is reduced to such an extent that it remains in the filter for a sufficiently long time so that the large effective surface area of the inner wall of the vessel and the inert shaped bodies, preferably spheres made of quartz glass, a large part of the aerosols is already separated by coagulation with the formation of acid.
  • the measuring gas can flow through the free spaces between the molded bodies unhindered, so that falsified values due to absorption of the gas components to be measured are avoided.
  • the coagulation filter can be installed in a thermostated container and there at a temperature between 280 and 300 K. being held.
  • the proportion of aerosols that is transported by the gas flow at the filter outlet has the desired property of the acid mist. This acid mist is completely filtered out in the following aerosol pore filter.
  • FIG. 1 shows a coagulation filter
  • Figure 2 shows a sample gas processing system with the built-in coagulation filter.
  • the coagulation filter KF consists of an essentially cylindrical vessel 1, the diameter D of which is a multiple of the diameter of its inlet and outlet lines 4, 5 at the end.
  • the cylindrical vessel 1 is filled with inert shaped bodies 2, here quartz glass spheres with diameters between 3 and 10 mm.
  • the length L of the vessel 1 is approximately ten times its diameter D.
  • the condensate formed in the coagulation filter KF is discharged via the condensate drain 3.
  • the gas mixture to be analyzed is removed from the exhaust gas duct by means of the gas extraction GE and fed to the measuring gas processing unit via an extraction line EL.
  • the gas extraction GE and the extraction line EL can be heated to a temperature above the acid dew point.
  • the gas coolers MK with condensate drains and the condensate pumps KP are preceded by the coagulation filter KF in the flow path of the gas.
  • Its installation position is such that the longitudinal axis of the vessel of the coagulation filter encloses an angle of 0 to 45 ', here 0 * , with the horizontal, so that the pre-condensate produced can easily drain off via the condensate breakdown 3.
  • the Koagu ⁇ correlation filter KF is the ambient temperature at the installation more than 30 * C, this can in a thermostatically controlled vessel TG at an operating temperature be- see 280 K and 300 K are held.
  • the aerosol filters AF which are arranged after the gas coolers MK in the flow path and are designed as pore filters with a pore size in the order of magnitude of I ⁇ , the remaining aerosols are separated off, so that with the help of the membrane pumps MP and the fine dust filter FF, measuring gas with the to Analysis required purity can be supplied to the analyzers I, II and III, each measuring one of the components of the sample gas.

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Abstract

Bei dem im wesentlichen aus Gaskühlern mit Kondensatableitung, Aerosolfiltern sowie Staubfeinfiltern und Pumpen bestehenden Aggregat ist ein Koagulationsfilter (KF) im Strömungsweg angeordnet, welches aus einem zylindrischen Gefäß (1) besteht, das mit Quarzkugeln gefüllt ist. Länge (L) und Querschnitt (D) des Gefäßes (1) sind derart bemessen, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Gefäß um mindestens eine dezimale Größenordnung kleiner ist als die in den Zu- und Ableitungen (4, 5). In Verbrennungsabgasen mit hohem SO3-Anteil bildet sich bei Raumtemperatur zusammen mit der Gasfeuchte kolloid zerteiltes Oleum. Die kolloiden Teilchen werden durch Zusammenlagerung (Koagulation) immer größer, so daß bereits ein großer Anteil der Aerosole in dem Koagulationsfilter (KF) unter Säurebildung abgeschieden wird. Das Koagulationsfilter (KF) wird in ein thermostatisiertes Gefäß eingebaut, wenn die Umgebungstemperatur höher als 30 °C ist. Die Erfindung wird angewandt bei der Meßgasaufbereitung für die Überwachung der Emissionswerte von Verbrennungsabgasen.

Description

Einrichtung in Aggregaten zur Meßgasaufbereitung für die Gas¬ analyse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in Aggregaten zur Meßgasaufbereitung für die Gasanalyse, mit einer beheizten Gasentnahme, einem Gaskühler mit Kondensatableitung, einem Aerosolfilter, Pumpen und Staubfeinfiltern.
Zur Analyse von Gasgemischen, insbesondere von Verbrennungs- abgasen, muß das Gasgemisch (Meßgas) den Analysegeräten staub- und kondensatfrei zugeführt werden.
Zur Abscheidung des nach dem Gaskühler noch im Meßgas vorhan¬ denen Aerosol werden Filter mit Teflon- bzw. Keramikeinsätzen mit einer Porenweite von etwa 1 μm eingesetzt. Enthält das Meßgas einen hohen SO,-Anteil, zeigt sich in der Praxis, daß sich nach dem Gaskühler und dem Aerosolfilter ein Aerosol¬ oder Säureniederschlag in den gasführenden Teilen bildet, der in relativ kurzen Zeitabständen aus Gasleitungen, Gaspumpen, Gasströmungsanzeigern sowie den Analysegeräten entfernt werden muß, wodurch ein erheblicher Wartungsaufwand entsteht.
Die Bildung des Säureniederschlags in den Gasleitungen läßt sich folgendermaßen erklären: In dem molekularen System eines ca. 200 "C heißen Verbrennungsabgases sind SO^- und f-^SO^.- Moleküle enthalten, die beim Absenken der Temperatur auf Raum¬ temperatur zusammen mit der Gasfeuchte Kolloide bilden. Es ent¬ steht so ein disperses System, worin die dispergierte Substanz kolloid zerteiltes Oleum (konzentrierte Schwefelsäure mit darin gelöstem Schwefeltrioxyd) in dem Dispersionsmittel Meßgas ist. Durch Zusammenlagerung werden die kolloiden Teilchen immer größer, bis es schließlich zur sichtbaren Ablagerung von Oleum an den Wandungen der gasführenden Teile kommt. Da Oleum außer¬ ordentlich hygroskopisch ist, nimmt es Wasserdampf aus der Restfeuchte des Gases auf, so daß sich Säureflüssigkeit bildet. Kolloide Teilchen haben nach Literaturangaben Abmessungen zwischen einigen Tausendstel Mikrometern bis zu einigen Mikro¬ metern. Bei den Verbrennungsabgasen überwiegt offenbar der Anteil kleinster Teilchen, weshalb die eingesetzten Aerosol¬ filter mit 1 μm Porenweite nicht wirksam sind.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, ein Aggregat der eingangs genannten Art so auszubauen, daß den Aerosolfiltern nur noch Säurenebel mit großen Teilchenabmessungen enthaltendes Gas¬ gemisch zugeführt wird.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung gesehen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
In dem in den Gasweg eingeschalteten Koagulationsfilter wird infolge des großen Querschnitts des zylindrischen Gefäßes, ver- glichen zum Querschnitt der Zu- und Ableitungen, die Strömungs¬ geschwindigkeit des Gases so weit verringert, daß es genügend lange in dem Filter verweilt, so daß an der großen wirksamen Oberfläche der Innenwand des Gefäßes und der inerten Formkör¬ per, vorzugsweise Kugeln aus Quarzglas, bereits ein großer Teil der Aerosole durch Koagulation unter Säurebildung abge¬ schieden wird. Durch die freien Räume zwischen den Formkδrpern kann das Meßgas ungehindert hindurchströmen, so daß Meßwert¬ verfälschungen durch Absorption der zu messenden Gaskomponenten vermieden werden. Da die Zusammenlagerung der kolloiden Teil- chen außer von der Zeit und der Gasgeschwindigkeit auch von der Temperatur abhängig ist und bei niedrigen Temperaturen be¬ günstigt wird, kann das Koagulationsfilter in einen thermosta- tisierten Behälter eingebaut und dort auf einer Temperatur zwischen 280 und 300 K gehalten werden. Der Anteil der Aerosole, der vom Gasstrom am Filteraustritt weitertransportiert wird, hat die gewünschte Eigenschaft des Säurenebels. Im nachfolgenden Aerosol-Porenfilter wird dieser Säurenebel vollständig ausgefiltert.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren Ausführungs¬ beispiele dargestellt und im folgenden beschrieben. Figur 1 zeigt ein Koagulationsfilter,
Figur 2 eine Meßgasaufbereitungsanlage mit dem eingebauten Koagulationsfilter.
Das Koagulationsfilter KF besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gefäß 1, dessen Durchmesser D ein Mehrfaches der Durchmesser seiner endseitigen Zu- und Ableitungen 4, 5 beträgt. Das zylindrische Gefäß 1 ist mit inerten Formkörpern 2, hier Quarzglaskugeln mit Durchmessern zwischen 3 und 10 mm gefüllt. Um die geforderte Verweilzeit des Meßgases für die Koagulation der kolloiden Teilchen zu erreichen, beträgt die Länge L des Gefäßes 1 etwa das Zehnfache seines Durchmessers D. Das sich in dem Koagulationsfilter KF bildende Kondensat wird über den Kondensatablaß 3 abgeführt.
Wie in Figur 2 schematisch dargestellt, wird das zu analysie¬ rende Gasgemisch, also das Meßgas, mittels der Gasentnahme GE aus dem Abgaskanal entnommen und über eine Entnahmelei-ung EL dem Meßgasaufbereitungsaggregat zugeführt. Die Gasentnahme GE und die Entnahmeleitung EL sind auf eine Temperatur oberhalb des Säuretaupunkts beheizbar.
Den Gaskühlern MK mit Kondensatablässen und den Kondensat¬ pumpen KP ist im Strömungsweg des Gases das Koagulationsfilter KF vorgeschaltet. Seine Einbaulage ist so, daß die Längsachse des Gefäßes des Koagulationsfilters mit der Horizontalen einen Winkel von 0 bis 45', hier 0*, einschließt, damit das entste¬ hende Vorkondensat über den Kondensatabbau 3 leicht abfließen kann. Beträgt die Umgebungstemperatur am Einbauort des Koagu¬ lationsfilters KF mehr als 30 *C, so kann dieses in einem thermostatisierten Gefäß TG auf einer Arbeitstemperatur zwi- sehen 280 K und 300 K gehalten werden.
In den nach den Gaskühlern MK im Strömungsweg angeordneten Aerosolfiltern AF, die als Porenfilter mit einer Porenweite in der Größenordnung von Iμ ausgebildet sind, werden die rest- liehen Aerosole abgeschieden, so daß mit Hilfe der Membran¬ pumpen MP und der Staubfeinfilter FF Meßgas mit dem zur Analyse erforderlichen Reinheitsgrad den Analysengeräten I, II und III zugeführt werden kann, die jeweils eine der Komponenten des Meßgases messen.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung in Aggregaten zur Meßgasaufbereitung für die Gasanalyse
- mit einer beheizten Gasentnahme, - einem Gaskühler mit Kondensatableitung,
- einem Aerosolfilter, Pumpen und Staubfeinfiltern, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- im Strömungsweg vor dem Gaskühler (MK) ein Koagulationsfilter (KF) eingeschaltet ist, bestehend aus einem zylindrischen Gefäß (1), dessen Durchmesser (D) ein Mehrfaches der Durch¬ messer seiner endseitigen Zu- und Ableitungen (4, 5) beträgt, mit einer Füllung aus inerten Formkörpern (2).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß der Durchmesser (D) des Gefäßes (1) um eine dezimale Größenordnung kleiner ist als dessen Länge (L).
3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß in der Mantelfläche des Gefäßes (1) ein Kondensatablaß (3) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Längsachse des Gefäßes (1) in Ein¬ baulage mit der Horizontalen einen Winkel zwischen 0* und 45* einschließt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das Koagulationsfilter (KF) in einem thermostatisierten Gehäuse (TG) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Temperatur im thermostatisierten Gehäuse (TG) zwischen 10 *C und 30 *C gehalten wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die inerten Formkörper Glaskugeln mit Durchmessern zwischen 3 und 10 mm sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß dem Gaskühler (MK) nachgeschaltete Aerosolfilter (AF) ein Porenfilter mit einer Porenweite in der Größenordnung von Iμ ist.
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